MATAHARI

Sukma Perdana Prasetya

KARAKTERISTIK DAN KEDUDUKAN MATAHARI DALAM TATA SURYA

Matahari kita adalah

salah satu bintang diantara

100.000.000 bintang yang ada

pada suatu kelompok atau

galaksi yang disebut dengan

kelompok bintang "Milky Way".

Matahari sebenarnya adalah

suatu bintang yang besarnya

termasuk rata-rata dibandingkan

dengan ukuran bintang-bintang

lainnya. Banyak bintang lainnya

yang ukurannya jauh lebih besar dari pada ukuran matahari kita.

Matahari mempunyai khatulistiwa dan kutub karena gerak rotasinya, Diameternya

1.400.000 Km yang berarti 109 kali diameter bumi, sedangkan garis tengah antar kutubnya

43 mil lebih pendek. Gravitasi matahari lebih kuat dari pada gravitasi di bumi, yaitu 28 kali

lebih kuat dari pada gravitasi bumi. Cahaya bintangpun ada yang jauh lebih terang yang

berarti suhunya juga jauh lebih panas dari pada suhu matahari kita. Matahari tampak sangat

besar dibandingkan dengan bintang-bintang yang tersebar di jagat raya ini karena letaknya

yang relatif sangat dekat dengan bumi, yaitu sekitar 150.000.000 kilometer. Bintang yang

paling dekat dengan bumi adalah bintang Alpha Centauri yang jaraknya 40.000.000.000.000

kilometer dari bumi.

SUHU MATAHARI

Matahari sebagai dapur nuklir menghasilkan panas yang sangat amat tinggi hasil

dari reaksi thermonuklir yang terjadi di matahari. Suhu pada pusat matahari (pada inti)

diperkirakan mencapai lebih dari 15.000.000 ºC, sedangkan suhu permukaannya relatif

dingin, yaitu sekitar 5.000 - 6.000 ºC. Menurut JR Meyer, panas matahari berasal dari batu

meteor yang berjatuhan dengan kecepatan tinggi pada permukaan matahari. Sedangkan

menurut teori kontraksi H Helmholz, panas itu berasal dari menyusutnya bola gas. Ahli lain,

Dr Bothe menyatakan bahwa panas tersebut berasal dari reaksi-reaksi nuklir yang disebut

reaksi hidrogen helium sintetis.

ATMOSFER MATAHARI

Atmosfer matahari terletak di atas

permukaan matahari yang sebagian besar berupa

gas Hidrogen. Atmosfir matahari terdiri atas 2

bagian utama, yaitu "chromospher" dan "corona".

Bagian chromosphere dapat mencapai ketebalan

12.000 kilometer dari permukaan matahari,

sedangkan bagian corona tampak bagaikan

mahkota berwarna putih yang melingkari matahari.

Corona dapat mencapai ketinggian ratusan ribu

bahkan dapat sampai jutaan kilometer dari

permukaan matahari.

Suhu pada chromosphere dan pada

corona sangat jauh berbeda. Chromosphere yang

terletak pada permukaan matahari bersuhu kurang

lebih 5.000 ºC, sedangkan suhu pada daerah corona dapat mencapai sekitar 10.000 - 100.000

ºC, atau bahkan dapat lebih tinggi lagi.

Suhu corona yang jauh lebih panas dari pada suhu chromosphere, padahal

letaknya lebih jauh dari inti matahari sempat menimbulkan pertanyaan diantara para ahli

astronomi dan astrofisika. Suhu yang lebih tinggi pada bagian corona ternyata disebabkan

karena adanya "kejutan gelombang yang sangat kuat" yang berasal dari gerakan turbulen

photosphere yang memanaskan lapisan gas pada corona. Selain dari itu, pada permukaan

chromosphere sering terjadi lidah api akibat letusan ataupun ledakan gas yang ada pada

permukaan chromosphere. Letusan atau ledakan yang menimbulkan lidah api ini sering

disebut dengan "prominence". Lidah api ini dapat mencapai ketinggian ratusan ribu kilometer

dari permukaan chromosphere. Prominence ini dapat dilihat jelas pada saat terjadi gerhana

matahari total.

Peristiwa lain yang terjadi pada permukaan chromosphere adalah timbulnya

filament gas akibat gerakan gas chromosphere yang panas. Filament gas ini tampak pada

permukaan chromosphere sebagai sel-sel kasar yang disebut "supergranulation". Peristiwa-

peristiwa tersebut di atas terjadi silih berganti yang menyebebkan timbulnya "plage" dan

"flare". Plage adalah keadaan matahari pada saat panas dan bercahaya terang. Sedangkan

flare adalah semburan energi tinggi dari permukaan matahari, berupa radiasi partikel sub

atomik. Radiasi partikel sub atomik ini dapat sampai ke atmosfir bumi dan memicu terjadinya

reaksi inti yang merupakan sumber radiasi kosmogenis.

JARAK MATAHARI DENGAN BUMI

Jarak matahari ke bumi adalah 93.000.000 mil. Jarak ini dipakai sebagai satuan

astronomi. Satu satuan astronomi (Astronomical Unit = AU) adalah 93 juta mil = 148 juta

km. Dibandingkan dengan bumi, diameter matahari kira-kira 109 kali diameter Bumi. Gaya

tarik matahari kira-kira 30 kali gaya tarik bumi. Cahaya matahari menempuh masa 8 menit

untuk sampai ke Bumi.

2

REAKSI THERMONUKLIR

Sudah sejak lama orang memikirkan dari mana asal energi matahari yang begitu

panas dan setiap hari dipancarkan ke bumi, namun sampai saat ini belum juga habis sumber

energi tersebut. Sampai dengan

pertengahan abad ke 19, pada

saat orang belum mengenal

reaksi nuklir, orang masih

menganggap bahwa energi

matahari berasal dari bola api

besar yang sangat panas. Kalau

benar bahwa matahari berasal

dari bola api besar, lantas timbul

pertanyaan apa yang menjadi

bahan bakar bola api tersebut?

Para ilmuwan pada saat itu belum bisa menjawab dengan tepat.

Para ahli astronomi dan juga astrofisika pada saat ini telah memperkirakan bahwa

unsur-unsur kimia yang ada di bumi juga terdapat di matahari. Akan tetapi sebagian besar

unsur kimia yang terdapat di matahari tersebut, sekitar 80% berupa gas Hidrogen. Sedangkan

unsur kedua yang banyak terdapat di matahari adalah gas Helium, kurang lebih sebanyak 19

% dari seluruh massa matahari. Sisanya yang 1 % terdiri atas unsur-unsur Oksigen,

Magnesium, Nitrogen, Silikon, Karbon, Belerang, Besi, Sodium, Kalsium, Nikel serta

beberapa unsur lainnya.

Unsur-unsur kimia tersebut bercampur menjadi satu dalam bentuk gas sub atomik

yang terdiri atas inti atom, elektron, proton, neutron dan positron. Gas sub atomik tersebut

memancarkan energi yang amat sangat panas yang disebut "plasma". Energi matahari

dipancarkan ke bumi dalam berbagai macam bentuk gelombang elektromagnetis, mulai dari

gelombang radio yang panjang maupun yang pendek, gelombang sinar infra merah,

gelombang sinar tampak, gelombang sinar ultra ungu dan gelombang sinar -x. Secara visual

yang dapat ditangkap oleh indera mata adalah sinar tampak, sedangkan sinar infra merah

terasa sebagai panas.

Bentuk gelombang elektromagnetis lainnya hanya dapat ditangkap dengan bantuan

peralatan khusus, seperti detektor nuklir berikut piranti lainnya. Pada saat matahari

mengalami plage yang mengeluarkan energi amat sangat panas, kemudian diikuti terjadinya

flare yaitu semburan partikel sub atomik keluar dari matahari menuju ke ruang angkasa, maka

pada sistem matahari diperkirakan telah terjadi suatu reaksi thermonuklir yang sangat

dahsyat.

Keadaan ini diduga pertama

kali pada tahun 1939 oleh seorang ahli

fisika Amerika keturunan Jerman

bernama Hans Bethe. Menurut Bethe,

energi matahari yang amat sangat panas

tersebut disebabkan oleh karena terjadi

reaksi fusi atau penggabungan inti

ringan menjadi inti yang lebih berat.

Reaksi thermonuklir yang berupa reaksi

fusi tersebut adalah penggabungan 4 inti

Hidrogen menjadi inti Helium,

berdasarkan persamaan reaksi inti

berikut ini:

(H1 + H1 -> H2 + Beta+ + v + 0,42 MeV) x 2

(H1 + H2 -> He3 + Gamma + 5,5 MeV) x 2

He3 + He3 -> He4 + 2H1 + 12,8 MeV

---------------------------------------- +

H1 -> He4 + 2Beta+ + 2Gamma + 2v + 24,64 MeV

Menurut Bethe, reaksi inti yang serupa reaksi fusi tersebut di atas, dapat

menghasilkan energi panas yang amat sangat dahsyat. Selain dari itu, karena sebagian besar

massa matahari tersebut tersusun oleh gas Hidrogen (80%) dan gas Helium (19%), maka

masih ada kemungkinan terjadinya reaksi fusi lain berdasarkan reaksi rantai proton-proton

sebagai berikut:

H1 + H1 -> H2 + Beta+ + v

H1 + H2 -> He3 + Gamma

He3 + He4 -> Be7 + Gamma

Be7 + Beta+ -> Li7 + Gamma + v

------------------------------------ +

Li7 + H1 -> He4 + He4

Terbentuknya gas Helium berdasarkan reaksi thermonuklir tersebut di atas juga

menghasilkan energi yang amat sangat panas. Kemungkinan lain, gas Helium juga dapat

terbentuk melalui reaksi nuklir berikut ini :

Be7 + H1 -> B8 + Gamma

B8 -> Be8 + Beta+ + v

Be8 -> He4 + He4

Walaupun reaksi inti tersebut di atas sudah dapat menghasilkan energi yang amat

sangat panas, ternyata masih ada kemungkinan lain untuk terjadinya reaksi thermonuklir

matahari yang menghasilkan energi yang jauh lebih dahsyat dan lebih panas lagi. Reaksi

thermonuklir tersebut akan mengikuti reaksi inti rantai Karbon - Nitrogen sebagai berikut :

C12 + H1 -> N13 + Gamma

N13 -> C13 + Beta+ + v

C13 + H1 -> N14 + Gamma

N14 + H1 -> O15 + Gamma

O15 -> N15 + Beta+ + v

N15 + H1 -> C12 + He4

Reaksi rantai Karbon - Nitrogen tersebut di atas, menghasilkan panas yang jauh

lebih panas dari pada

reaksi rantai Proton -

Proton maupun reaksi

fusi Hidrogen menjadi

Helium. Reaksi-reaksi

thermonuklir tersebut di

atas dapat terjadi di

matahari dan juga di

bintang-bintang yang

tersebar di jagat raya

ini. Reaksi thermonuklir

sejauh ini dianggap

sebagai sumber energi

matahari maupun energi

bintang. Bintang yang

bersinar lebih terang dari pada matahari kita yang berarti pula bahwa suhunya jauh lebih

panas, maka reaksi thermonuklir yang terjadi pada bintang tersebut pada umumnya akan

mengikuti reaksi rantai Karbon - Nitrogen.

PERBANDINGAN MATAHARI DENGAN BINTANG-BINTANG LAINNYA

Bintang sering dihubungkan dengan warna (merah, oranye, kuning, biru, putih) dan

kecermelangannya (kerdil, raksasa, super raksasa). Matahari adalah bintang kerdil berwarna

kuning jenis G. Bintang biru dan putih lebih panas daripada matahari, tetapi bintang oranye

dan merah lebih dingin. Di bawah ini adalah perbandingan ukuran dan kecemerlangan sinar 5

jenis bintang dengan matahari.

1. Sirius B : Putih kerdil, garis tengahnya 1/100 garis tengah matahari,

kecemerlangannya 1/400 dari matahari

2. Barnard's Star : Merah kerdil, garis tengahnya 1/10 garis tengah matahari,

kecemerlangannya 1/2000 dari matahari

3. Matahari : Kuning kerdil

4. Capella : Kuning raksasa, garis tengahnya 16 kali garis matahari,

kecemerlangannya 150 kali kecemerlangan matahari

5. Ringel : Biru-putih raksasa, garis tengahnya 80 kali garis tengah

matahari, kecemerlangannya 60.000 kali kecemerlangan

matahari

6. Betelgeux : Merah sangat raksasa, garis tengahnya 300-400 kali garis

tengah matahari, kecemerlangannya 15.000 kali kecemerlangan

matahari.

Perbandingan ukuran planet Merkurius, Venus, Bumi, Mars, dan Pluto

Perbandingan ukuran Planet-planet di tata surya

Perbandingan ukuran Matahari dengan planet-planet di Tata Surya

Perbandingan ukuran matahari dengan Bintang Sirius, Pollux, dan Arcturus

Perbandingan ukuran matahari dengan Bintang Rigel, Aldebaran, Betelgeuse, dan Antares

Antares adalah bintang ke 15 yang paling terang di angkasa. Jaraknya lebih dari

1000 tahun cahaya dari bumi.

STRUKTUR DAN AKTIVITAS MATAHARI

Bagian yang tampak dari matahari terdiri dari :

§ Fotosfera = Bagian yang tampak menyerupai piringan emas yang terang dan

permukaan Matahari yang kelihatan bercahaya dari Bumi. Ia

merupakan lapisan atmosfera yang sentiasa bergelora dengan

suhu kira-kira 5000°C

§ Chromosfer = Pancaran cahaya berwarna putih yang melingkar di sebelah luar

photosfer

§ Corona = Cahaya merah di sebelah luar chromosfer yang akan jelas tampak

sewaktu terjadi gerhana matahari total. lapisan yang terbesar

(beberapa ratus ribu kilometer) dengan suhu tertinggi ( 2 juta° C)

dan ketumpatan terendah (kandungan gas tipis).

§ Promienences = Ledakan-ledakan yang tampak pada sisi matahari, dimulai pada

permukaan photosfer menyebar keluar untuk kemudian jatuh

kembali ke permukaan matahari seperti api. Panjang lidah api

dapat mencapai ribuan kilometer

§ Suspots = Noda matahari merupakan bagian pada photosfer terdapat lokasi

kurang panas dibandingkan daerah sekitarnya, mungkin bagian

ini merupakan pusaran yang berbentuk lekukan dalam photosfer,

sehingga suhunya jauh lebih rendah dari sekitarnya.

§ Flares = Bagian yang sangat terang diantara dua spot. Suhu pada bagian

ini jauh lebih tinggi dari sekitarnya. Partikel-partikel matahari

dilontarkan dari bagian ini keluar matahari dan dapat mencapai

bumi dalam waktu beberapa jam bahkan beberapa hari. Akibat

dari flares ini dirasakan sebagai gangguan terhadap siaran radio,

televisi, navigasi penerbangan, sinyal handphone dan

meningkatnya jumlah aurora di daerah kutub bumi.

KAPAN MATAHARI AKAN PADAM

Suatu pertanyaan yang sulit dijawab

dengan pasti, apalagi kalau harus membuktikan

kebenarannya. Namun sama halnya dengan

keingintahuan manusia untuk mengetahui berapa

umur bumi atau kapan terbentuknya bumi ini,

maka para ahlipun berusaha dengan akalnya

untuk memperkirakan kapan matahari akan

padam. Seperti telah diterangkan di muka, bahwa

matahari akan padam manakala reaksi

thermonuklir di matahari telah berhenti. Apabila

matahari padam, maka kehidupan di muka bumi

akan berhenti.

Secara empiris telah dapat dibuktikan bahwa ada bintang yang pada mulanya

bersinar terang, akan tetapi kemudian sinarnya makin redup dan akhirnya padam. Keadaan ini

telah direkam oleh teleskop angkasa luar hubble. Atas dasar ini maka dapat saja matahari

pada suatu saat akan padam. Seorang fisikawan Jerman, Hermann von Helmholtz, pada tahun

1825 mengamati perkembangan matahari yang ternyata diameter matahari setiap tahunnya

menyusut 85 m. Kalau pengamatan Helmholtz benar, maka berdasarkan perhitungan

penyusutan diameter matahari, umur matahari hanya akan bertahan untuk waktu 20.000.000

sampai dengan 25.000.000 tahun sejak matahari mengalami penyusutan.

Untuk kurun waktu itu, teori Helmholtz ini cukup memuaskan para ilmuwan,

sebelum akhirnya digugurkan oleh teori reaksi thermonuklir yang masih bertahan sampai saat

ini. Atas dasar teori thermonuklir sudah barang tentu teori Helmholtz menjadi tidak benar,

karena dalam kenyataannya matahari telah bersinar sejak orde 5.000.000.000 tahun yang lalu

atau bahkan lebih dari itu, suatu umur yang melebihi perkiraan Helmholtz.

Reaksi thermonuklir yang dikemukakan oleh Hans Bethe seperti yang telah

diuraikan di atas, sebenarnya mirip dengan reaksi kimia konvensional dalam arti bahwa

reaksi masih dapat berlangsung selama masih tersedia unsur atau reaktan yang menyebabkan

terjadinya proses reaksi thermonuklir tersebut. Pada reaksi thermonuklir yang terjadi di

matahari, sebagai reaktan utama adalah gas Hidrogen. Para ahli astronomi dan astrofisika

berpendapat bahwa dengan bertambahnya umur matahari, maka pemakaian Hidrogen untuk

reaksi thermonuklir dalam rangka mendapatkan energi yang amat sangat panas makin

bertambah. Pada peristiwa ini energi yang dihasilkan oleh reaksi thermonuklir juga

bertambah, sehingga energi radiasi yang dipancarkan matahari juga bertambah. Hal ini berarti

pula suhu atmosfir bumi akan naik dan bumi akan terasa makin panas.

Apabila pendapat para ahli astronomi dan astrofisika tersebut benar, yaitu dengan

bertambahnya umur matahari akan membuat persediaan gas Hidrogen pada permukaan

matahari berkurang, maka jelas bahwa cepat atau lambat matahari pada akhirnya akan padam.

Berdasarkan teori ini energi radiasi matahari diperkirakan masih dapat bertahan untuk jangka

waktu kurang lebih 10.000.000.000 tahun lagi, setelah itu matahari padam.

Namun apa yang akan terjadi sebelum waktu 10.000.000.000 tahun? Secara teori

dalam perjalanan menuju waktu 10.000.000.000. tersebut, suhu atmosfir bumi akan naik terus

karena energi radiasi yang datang dari matahari bertambah panas. Keadaan ini akan

menyebabkan es yang ada di kutub utara dan selatan akan mencair yang mengakibatkan

tenggelammnya beberapa daratan atau garis pantai akan bergeser ke arah daratan. Kota-kota

yang berada di pantai akan tenggelam. Ini baru merupakan bencana awal bagi kehidupan

manusia di muka bumi ini. Bencana berikutnya adalah menguapnya semua air yang ada di

bumi ini, karena suhu

atmosfir bumi makin

panas yang pada

akhirnya tidak ada lagi

air di muka bumi ini.

Bumi yang menjadin

kering kerontang tanpa

air sama sekali dan

suhunya yang panas

menyebabkan

berakhirnya kehidupan di muka bumi ini. Keadaan ini aka terjadi menjelang waktu mendekati

10.000.000.000 tahun yang akan datang.

Pada saat matahari kehabisan reaktan gas Hidrogen, maka reaksi thermonuklir

benar-benar akan berhenti dan ini berarti matahari padam. Matahari yang telah padam ini

akan mengecil (menyusut) menjadi suatu planet kecil yang dingin membeku yang disebut

"White dwarf" atau si kerdil putih yang bukan matahari lagi. Contoh bintang atau planet yang

sudah menjadi "white dwarf" di jagat raya ini cukup banyak, salah satunya planet bintang

yang pada saat ini sedang menuju kematian seperti yang direkam oleh teleskop ruang angkasa

Hubble. Sekali lagi keadaan tersebut akan terjadi 10.000.000.000 tahun yang akan datang.

Keterangan ini merupakan jawaban untuk pertanyaan kapan reaksi thermonuklir di matahari

berhenti atau matahari padam.

RANGKUMAN

Keseimbangan yang telah ditetapkan atas matahari dan planet-planet yang

mengelilinginya membentuk suatu sistem yang kita kenal dengan Tata Surya (solar system)

dan matahari sebagai pusat peredarannya merupakan dapur nuklir yang menghasilkan panas

yang sangat tinggi hasil dari reaksi thermonuklir. Reaksi thermonuklir yang berupa reaksi

fusi tersebut adalah penggabungan 4 inti Hidrogen menjadi inti Helium. Keberuntungan kita

bahwa matahari mempunyai massa masif sehingga tidak dengan cepat kehabisan tenaga

terhadap suplai reaksi fusi hiidrogen di daerah inti.

Pada saat matahari kehabisan reaktan gas Hidrogen, maka reaksi thermonuklir

benar-benar akan berhenti dan ini berarti matahari padam. Matahari yang telah padam

ini akan mengecil (menyusut) menjadi suatu planet kecil yang dingin membeku yang

disebut "White dwarf" atau si kerdil putih.

Demi Matahari dan sinarnya di pagi hari

Demi Bulan apabila mengiringi

Demi Siang apabila menampakkan diri

Demi Malam apabila menutupi

Demi Langit dan seluruh binaannya

Demi Bumi dan semua yang ada di permukaannya

Demi Jiwa dan penyempurnanya